基于数据库的近眼显示装置姿态识别方法及系统技术领域
本发明涉及空间定位领域，更具体地说，涉及一种基于数据库的近眼显示装置姿
态识别方法及系统。
背景技术
空间定位一般采用光学或超声波的模式进行定位和测算，通过建立模型来推导待
测物体的空间位置。一般的基于数据库的近眼显示装置姿态识别方法及系统采用红外点和
光感摄像头接收的方式来确定物体的空间位置，并根据陀螺仪来测量物体的角度信息，红
外点在近眼显示装置的前端，在定位时，光感摄像头捕捉红外点的位置进而推算出使用者
的物理坐标。这种定位方法广泛应用于目前的近眼显示装置上，作为主流的定位方法具有
反应快、捕捉简单等特点。但同时，这种定位方法存在着一定的局限，一方面在定位过程中，
红外光线经常被周围的行人或物品遮挡，导致短暂的无法定位；另一方面，这种空间定位方
法过度依赖陀螺仪，如果出现陀螺仪飘移则会严重影响定位效果。
发明内容
为了解决当前基于数据库的近眼显示装置姿态识别方法及系统易被遮挡和过度
依赖陀螺仪的缺陷，本发明提供一种不易被遮挡、不依赖陀螺仪的基于数据库的近眼显示
装置姿态识别方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于数据库的近眼显示装
置姿态识别方法，包括以下步骤：
S1：计算出使用者空间位置坐标；
S2：根据使用者空间位置坐标调用对应该空间坐标的图像数据库；
S3：观察装置拍摄近眼显示装置的图像，并对图像进行处理；
S4：将处理后的所述图像与调用的所述图像数据库对比，找出与其最为相近的数
据库图像，所述数据库图像对应的角度坐标即为所述近眼显示装置的角度坐标。
优选地，在定位开始前所述观察装置测定使用者多个空间坐标的姿态图像数据并
存储在所述图像数据库中。
优选地，计算使用者空间位置坐标的方法为PnP算法。
优选地，所述观察装置拍摄横向光源和纵向光源的影像，并且对拍摄的图像进行
处理，根据光的频率区分前置光源的影像、后置光源的影像和所述横向光源的影像，并判断
所述前置光源的影像、所述后置光源的影像和所述横向光源影像的长度。
提供一种基于数据库的近眼显示装置姿态识别系统，包括近眼显示装置和观察装
置，所述观察装置设置在定位空间区域的顶端，所述观察装置的主要观察方向朝下。
优选地，所述近眼显示装置包括横向光源、纵向光源和前面板，所述横向光源和所
述纵向光源相互交叉，所述纵向光源包括前置光源和后置光源，所述前置光源设置在靠近
所述前面板的一端，所述后置光源和所述横向光源发射的光的频率相同，所述前置光源与
所述后置光源发射的光的频率不同。
优选地，所述近眼显示装置包括前面板和两个相互交叉的头带，所述头带靠近所
述前面板的方向上设置有标识光源。
与现有技术相比，本发明将发光装置设置在近眼显示装置的顶端，减小了使用时
发光装置发出的测试光线被遮挡的概率，增加了测量的准确度和连续性。通过建立数据库
和调用数据库的方法，提供了一种新的姿态测量手段，不依赖陀螺仪即可实现姿态测量。通
过识别横向光源和纵向光源长度的方法判断图像特征并匹配数据库中的图像特征，间接得
出使用者头部的姿态角度信息，通过前置光源区别于其他光源发光频率的特征可以判断横
向光源和纵向光源的方向，防止测试时方向混乱影响测量准确性。通过识别头带长度的方
法判断图像特征并匹配数据库中的图像特征，间接得出使用者头部的姿态角度信息，通过
设置标识光源，防止测试时方向混乱影响测量准确性。通过将观察装置设置在定位空间区
域的顶端，可以有效防止观察装置因被遮挡而无法观察，提高的定位的稳定性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有技术姿态识别方法及系统结构示意图；
图2是现有技术姿态识别方法及系统原理示意图；
图3是本发明基于数据库的近眼显示装置姿态识别方法及系统结构示意图；
图4是本发明基于数据库的近眼显示装置姿态识别方法及系统原理示意图；
图5a是观察装置拍摄到的使用者头部未倾斜的图像示意图；
图5b是观察装置拍摄到的使用者头部前倾的图像示意图；
图5c是观察装置拍摄到的使用者头部后仰的图像示意图；
图5d是观察装置拍摄到的使用者头部右倾斜的图像示意图；
图5e是观察装置拍摄到的使用者头部左倾斜的图像示意图；
图6是本发明基于数据库的近眼显示装置姿态识别方法及系统第二实施例原理示
意图。
具体实施方式
为了解决当前基于数据库的近眼显示装置姿态识别方法及系统易被遮挡和过度
依赖陀螺仪的缺陷，本发明提供一种不易被遮挡、不依赖陀螺仪的基于数据库的近眼显示
装置姿态识别方法及系统。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明
本发明的具体实施方式。
图1—图2示出了现有技术基于数据库的近眼显示装置姿态识别方法及系统，包括
近眼显示装置10和观察装置15，近眼显示装置10包括设置近眼显示装置10前端的前面板
11，前面板11上设置有多个发光装置13。在定位过程中，发光装置13向外发射红外光。观察
装置15观察发光装置13发射的红外光，并根据观察到的红外光图像判定近眼显示装置10的
水平坐标，即如图所示x轴与y轴坐标。在现有的基于数据库的近眼显示装置姿态识别方法
及系统中，观察装置15一般设置在近眼显示装置10的前方或前方偏上的位置来便于捕捉红
外线，当周围的行人从近眼显示装置10的前方走过时，近眼显示装置10与观察装置15之间
的光路容易被切断，导致观察装置15无法判断近眼显示装置10的位置。
图3示出了本发明基于数据库的近眼显示装置姿态识别方法及系统的近眼显示装
置20的俯视图，近眼显示装置20包括横向光源21和纵向光源22，横向光源21和纵向光源22
相互交叉，纵向光源22包括前置光源221和后置光源222，前置光源221设置在靠近前面板23
的一端。横向光源21与后置光源222发射的光的频率相同，前置光源221与后置光源222发射
的光的频率不同。横向光源21和纵向光源22可以设置在近眼显示装置20的头带24上，朝向
近眼显示装置20的上方。
图4示出了本发明基于数据库的近眼显示装置姿态识别方法及系统原理示意图。
本发明包括近眼显示装置20和观察装置25，观察装置25设置在定位空间区域的顶端，包括
至少一个摄像头，其主要观察方向朝下。当使用者佩戴好近眼显示装置20后，观察装置25可
以清晰观察到近眼显示装置20的顶端。横向光源21和纵向光源22发射的光线可以被观察装
置25观察到，观察装置25拍摄图像后可以对图像进行处理，根据光的频率区分前置光源221
的影像、后置光源222的影像和横向光源21的影像，并判断各个影像的长度，各个影像的不
同的长度数据组合起来可以形成不同的图案，每一个图案对应唯一的角度信息。
图5a—5e示出了观察装置25拍摄的图像与使用者姿态的对应关系。其中，图5a是
观察装置拍摄到的使用者头部未倾斜的图像示意图；图5b是观察装置拍摄到的使用者头部
前倾的图像示意图；图5c是观察装置拍摄到的使用者头部后仰的图像示意图；图5d是观察
装置拍摄到的使用者头部右倾斜的图像示意图；图5e是观察装置拍摄到的使用者头部左倾
斜的图像示意图。当使用者在一定的空间位置头部发生前后左右的倾斜时，其倾斜度对应
唯一的观察图像。应当指出，使用者在不同空间位置的相同姿态情况下，光源在观察装置25
中所成的图像是不同的，因此必须首先利用观察装置25测定使用者多个空间坐标的姿态图
像数据并存储在图像数据库中，在使用时，根据使用者的空间坐标对应在数据库中找出该
空间坐标对应的图像数据库，在对应的图像数据库中选取与观察到的图像最为接近的光源
图像，该光源图像对应的角度坐标位置即为使用者的角度坐标位置。
定位开始后，使用者佩戴好近眼显示装置20，首先根据PnP算法等常用算法计算出
使用者空间位置坐标，根据使用者空间位置坐标调用对应该空间坐标的图像数据库，观察
装置25拍摄近眼显示装置20的图像，并对图像进行处理。图像处理完成后将其与调用的图
像数据库对比，找出与其最为相近的数据库图像，该数据库图像对应的角度坐标即为近眼
显示装置20的角度坐标。
图6示出了本发明基于数据库的近眼显示装置姿态识别方法及系统第二实施例原
理示意图。本发明第二实施例与第一实施例基本相同，不同之处在于，第二实施例与第一实
施例在头顶的设置不同，在第二实施例中，近眼显示装置30包括两个相互交叉的头带34，交
叉的头带34可以被观察装置25观察到，在交叉头带34靠近前面板33的方向上设置有标识光
源39，观察装置25拍摄图像后可以对图像进行处理，根据标识光源39的影像区分交叉头带
的各个方向，并判断各个头带影像的长短，根据各个影像的长短的组合图像并利用上述数
据库判断的方法可以判定使用者的姿态。
与现有技术相比，本发明将发光装置设置在近眼显示装置20的顶端，减小了使用
时发光装置发出的测试光线被遮挡的概率，增加了测量的准确度和连续性。通过建立数据
库和调用数据库的方法，提供了一种新的姿态测量手段，不依赖陀螺仪即可实现姿态测量。
通过识别横向光源21和纵向光源22长度的方法判断图像特征并匹配数据库中的图像特征，
间接得出使用者头部的姿态角度信息，通过前置光源221区别于其他光源发光频率的特征
可以判断横向光源21和纵向光源22的方向，防止测试时方向混乱影响测量准确性。通过识
别头带34长度的方法判断图像特征并匹配数据库中的图像特征，间接得出使用者头部的姿
态角度信息，通过设置标识光源39，防止测试时方向混乱影响测量准确性。通过将观察装置
25设置在定位空间区域的顶端，可以有效防止观察装置25因被遮挡而无法观察，提高的定
位的稳定性。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体
实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员
在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多
形式，这些均属于本发明的保护之内。